Java設(shè)計(jì)模式之策略模式的使用(Strategy?Pattern)

更新時(shí)間：2025年03月03日 08:46:56 作者：微笑聽雨。

策略模式是一種行為型設(shè)計(jì)模式,用于定義一系列算法并將每個(gè)算法封裝起來(lái),使它們可以互相替換,從而實(shí)現(xiàn)代碼的可維護(hù)性和靈活性,策略模式包含策略接口、具體策略類和上下文類,并通過(guò)將算法的選擇與使用分離,使得算法可以獨(dú)立變化

策略模式（Strategy Pattern）是一種行為型設(shè)計(jì)模式，旨在定義一系列算法，將每個(gè)算法封裝起來(lái)，并使它們可以互相替換，從而使得算法的變化不會(huì)影響使用算法的客戶端。策略模式的主要結(jié)構(gòu)包括策略接口、具體策略類和上下文類，通過(guò)將算法的選擇與使用分離，實(shí)現(xiàn)了代碼的可維護(hù)性和靈活性。

1. 策略模式的動(dòng)機(jī)

在軟件開發(fā)中，經(jīng)常遇到需要在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)選擇一種算法的情況。例如，排序算法、支付方式、文件壓縮等場(chǎng)景都可能需要在不同條件下選擇不同的算法實(shí)現(xiàn)。如果在客戶端代碼中硬編碼這些算法的選擇邏輯，會(huì)導(dǎo)致代碼難以維護(hù)和擴(kuò)展。策略模式通過(guò)將算法的選擇和實(shí)現(xiàn)分離，使得算法可以獨(dú)立變化，客戶端代碼可以更簡(jiǎn)潔和靈活。

2. 策略模式的結(jié)構(gòu)

策略模式包含以下幾部分：

策略接口（Strategy Interface）：定義所有支持的算法的公共接口。
具體策略類（Concrete Strategies）：實(shí)現(xiàn)策略接口，定義具體的算法。
上下文類（Context Class）：使用一個(gè)具體策略對(duì)象來(lái)配置，并維護(hù)對(duì)策略對(duì)象的引用。

3. 策略模式的UML類圖

4. 策略模式的實(shí)現(xiàn)

以下是一個(gè)使用策略模式的Java示例，該示例演示了如何選擇不同的策略來(lái)執(zhí)行操作：

4.1 策略接口

// 定義策略接口
public interface Strategy {
    void execute();
}

4.2 具體策略類

// 具體策略A
public class ConcreteStrategyA implements Strategy {
    @Override
    public void execute() {
        System.out.println("執(zhí)行策略A");
    }
}

// 具體策略B
public class ConcreteStrategyB implements Strategy {
    @Override
    public void execute() {
        System.out.println("執(zhí)行策略B");
    }
}

4.3 上下文類

// 上下文類
public class Context {
    private Strategy strategy;

    // 設(shè)置策略
    public void setStrategy(Strategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    // 執(zhí)行策略
    public void executeStrategy() {
        if (strategy == null) {
            throw new IllegalStateException("Strategy未設(shè)置");
        }
        strategy.execute();
    }
}

4.4 客戶端代碼

public class StrategyPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Context context = new Context();

        // 使用策略A
        context.setStrategy(new ConcreteStrategyA());
        context.executeStrategy(); // 輸出: 執(zhí)行策略A

        // 使用策略B
        context.setStrategy(new ConcreteStrategyB());
        context.executeStrategy(); // 輸出: 執(zhí)行策略B
    }
}

5. 策略模式的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

算法可以自由切換：可以在不影響客戶端的情況下更改算法。
避免多重條件判斷：使用策略模式可以避免過(guò)多的if-else或switch-case語(yǔ)句。
擴(kuò)展性好：增加新的策略時(shí)只需添加新的策略類即可，不需要修改現(xiàn)有代碼。

缺點(diǎn)

客戶端必須知道所有的策略類：客戶端需要了解每個(gè)策略類的具體實(shí)現(xiàn)，這增加了復(fù)雜度。
增加對(duì)象數(shù)目：如果策略較多，會(huì)增加類的數(shù)量，導(dǎo)致系統(tǒng)變得復(fù)雜。

6. 策略模式的應(yīng)用場(chǎng)景

策略模式適用于以下場(chǎng)景：

需要在不同情況下使用不同的算法。
有許多相關(guān)類僅僅在行為上有所不同。
需要避免使用復(fù)雜的條件語(yǔ)句來(lái)選擇不同的行為。

7. 策略模式的變體

策略模式可以與其他設(shè)計(jì)模式結(jié)合使用，以增強(qiáng)其功能。例如：

組合模式（Composite Pattern）：可以將策略模式與組合模式結(jié)合，使得策略的選擇更加靈活。
工廠模式（Factory Pattern）：可以使用工廠模式來(lái)創(chuàng)建策略對(duì)象，從而實(shí)現(xiàn)策略的動(dòng)態(tài)選擇。

8. 策略模式與其他設(shè)計(jì)模式的比較

策略模式 vs. 狀態(tài)模式：兩者結(jié)構(gòu)類似，但策略模式的不同策略是彼此獨(dú)立的，而狀態(tài)模式的不同狀態(tài)之間存在一定的關(guān)系。
策略模式 vs. 命令模式：命令模式用于封裝請(qǐng)求，將請(qǐng)求與執(zhí)行解耦，而策略模式用于封裝算法，將算法與使用算法的代碼解耦。

9. 策略模式的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)與最佳實(shí)踐

9.1 延遲初始化策略

在某些情況下，策略的初始化可能比較耗時(shí)，可以使用延遲初始化（Lazy Initialization）來(lái)提高性能：

public class Context {
    private Strategy strategy;

    public void setStrategy(Strategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public void executeStrategy() {
        if (strategy == null) {
            // 延遲初始化
            strategy = new ConcreteStrategyA();
        }
        strategy.execute();
    }
}

9.2 使用反射動(dòng)態(tài)加載策略

為了避免頻繁修改代碼，可以通過(guò)反射動(dòng)態(tài)加載策略：

public class Context {
    private Strategy strategy;

    public void setStrategy(String strategyClassName) throws Exception {
        this.strategy = (Strategy) Class.forName(strategyClassName).getDeclaredConstructor().newInstance();
    }

    public void executeStrategy() {
        strategy.execute();
    }
}

9.3 使用配置文件管理策略

將策略的配置放在配置文件中，便于管理和維護(hù)：

# strategy.properties
strategy=ConcreteStrategyA

import java.io.InputStream;
import java.util.Properties;

public class StrategyLoader {
    public static Strategy loadStrategy() throws Exception {
        Properties properties = new Properties();
        try (InputStream input = StrategyLoader.class.getResourceAsStream("/strategy.properties")) {
            properties.load(input);
        }
        String strategyClassName = properties.getProperty("strategy");
        return (Strategy) Class.forName(strategyClassName).getDeclaredConstructor().newInstance();
    }
}

9.4 策略模式與依賴注入

結(jié)合依賴注入框架（如Spring），可以更加靈活地管理策略的實(shí)例：

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;

@Component
public class Context {
    private final Strategy strategy;

    @Autowired
    public Context(Strategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public void executeStrategy() {
        strategy.execute();
    }
}

10. 策略模式的實(shí)際應(yīng)用案例

10.1 支付系統(tǒng)中的策略模式

在一個(gè)支付系統(tǒng)中，可能有多種支付方式，如信用卡支付、支付寶支付、微信支付等。通過(guò)策略模式，可以根據(jù)用戶選擇的支付方式動(dòng)態(tài)切換支付策略。

支付策略接口

public interface PaymentStrategy {
    void pay(double amount);
}

具體支付策略類

// 信用卡支付策略
public class CreditCardPaymentStrategy implements PaymentStrategy {
    @Override
    public void pay(double amount) {
        System.out.println("使用信用卡支付：" + amount + "元");
    }
}

// 支付寶支付策略
public class AliPayPaymentStrategy implements PaymentStrategy {
    @Override
    public void pay(double amount) {
        System.out.println("使用支付寶支付：" + amount + "元");
    }
}

// 微信支付策略
public class WeChatPaymentStrategy implements PaymentStrategy {
    @Override
    public void pay(double amount) {
        System.out.println("使用微信支付：" + amount + "元");
    }
}

支付上下文類

public class PaymentContext {
    private PaymentStrategy paymentStrategy;

    // 設(shè)置支付策略
    public void setPaymentStrategy(PaymentStrategy paymentStrategy) {
        this.paymentStrategy = paymentStrategy;
    }

    // 執(zhí)行支付
    public void pay(double amount) {
        if (paymentStrategy == null) {
            throw new IllegalStateException("PaymentStrategy未設(shè)置");
        }
        paymentStrategy.pay(amount);
    }
}

支付策略工廠類

為了更加優(yōu)雅地創(chuàng)建支付策略，可以使用工廠模式：

public class PaymentStrategyFactory {
    public static PaymentStrategy getPaymentStrategy(String type) {
        switch (type) {
            case "CreditCard":
                return new CreditCardPaymentStrategy();
            case "AliPay":
                return new AliPayPaymentStrategy();
            case "WeChat":
                return new WeChatPaymentStrategy();
            default:
                throw new IllegalArgumentException("未知的支付類型: " + type);
        }
    }
}

客戶端代碼

public class PaymentDemo {
    public static void main(String[] args) {
        PaymentContext context = new PaymentContext();

        // 從外部獲取支付類型，例如通過(guò)用戶輸入或配置文件
        String paymentType = "CreditCard"; // 這里可以根據(jù)實(shí)際情況更改

        // 使用工廠創(chuàng)建支付策略
        PaymentStrategy paymentStrategy = PaymentStrategyFactory.getPaymentStrategy(paymentType);
        
        // 設(shè)置支付策略
        context.setPaymentStrategy(paymentStrategy);

        // 執(zhí)行支付
        context.pay(100.0); // 輸出: 使用信用卡支付：100.0元

        // 更改支付策略
        paymentType = "AliPay";
        paymentStrategy = PaymentStrategyFactory.getPaymentStrategy(paymentType);
        context.setPaymentStrategy(paymentStrategy);
        context.pay(200.0); // 輸出: 使用支付寶支付：200.0元

        // 更改支付策略
        paymentType = "WeChat";
        paymentStrategy = PaymentStrategyFactory.getPaymentStrategy(paymentType);
        context.setPaymentStrategy(paymentStrategy);
        context.pay(300.0); // 輸出: 使用微信支付：300.0元
    }
}

優(yōu)化的重點(diǎn)

工廠模式：使用工廠模式來(lái)創(chuàng)建支付策略對(duì)象，使客戶端代碼更簡(jiǎn)潔，策略的創(chuàng)建和選擇更靈活。
空策略檢查：在上下文類中增加對(duì)策略是否為空的檢查，避免未設(shè)置策略時(shí)的運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤。
策略類型動(dòng)態(tài)獲取：通過(guò)從外部（如用戶輸入或配置文件）獲取支付類型，示例代碼更加接近實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。

通過(guò)策略模式和工廠模式的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)靈活、可擴(kuò)展且易于維護(hù)的支付系統(tǒng)。在實(shí)際開發(fā)中，進(jìn)一步結(jié)合依賴注入框架（如Spring）來(lái)管理策略對(duì)象，可以提升代碼的可測(cè)試性和可擴(kuò)展性。

總結(jié)

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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